甘肅某多金屬硫化礦廢石高效選礦技術(shù)研究

張莉

(金川集團(tuán)股份有限公司選礦廠，甘肅 金川 737100)

甘肅某銅多金屬硫化礦礦山自上世紀(jì)五十年代開始生產(chǎn)，經(jīng)過六十多年的開采，礦山資源已經(jīng)瀕臨枯竭，已探明資源儲量與礦區(qū)民生的矛盾日益突出。為延長礦山服務(wù)年限，提高礦區(qū)群眾的生活水平，維護(hù)礦區(qū)社會穩(wěn)定，除了在現(xiàn)有礦山的深部和外圍加強(qiáng)資源勘查力度以外，如何充分利用多年開采過程中堆積的廢石資源也是選礦工作者面臨的重要任務(wù)之一[1-3]。經(jīng)過初步測算，該礦山目前堆積的廢石量接近3億t，銅品位在0.1%左右，銅金屬量接近特貧銅礦石中銅的含量。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 礦石性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用礦山廢石選自甘肅某銅多金屬礦山，廢石中有價(jià)礦物主要為黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦，脈石礦物主要為石英、石榴子石、長石及少量的尖晶石。由目前資料可知，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，X熒光分選機(jī)在處理-20 mm及+150 mm粒度范圍內(nèi)礦樣時(shí)誤差較大[4-5]，因此，實(shí)驗(yàn)過程中+150 mm粒級礦樣破碎至-150 mm，礦樣經(jīng)過篩分后選取-150+20 mm范圍內(nèi)礦樣進(jìn)行熒光預(yù)選實(shí)驗(yàn)，-20 mm堆存另處理，原礦粒度組成見表1。

表1 廢石粒度組成Table 1 Size distribution of waste ore

1.2 試劑

實(shí)驗(yàn)所用丁基黃藥、Z-200、乙硫氮、亞硫酸鈉購自中華試劑網(wǎng)，均為化學(xué)純，氧化鈣購自山東天源化工有限公司，為工業(yè)級。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 廢石預(yù)選及預(yù)選后礦石性質(zhì)

X熒光光譜儀用于礦物表面元素成分的檢測是一種非常有效的方法，具有檢測速度快、分析元素多、精度高、可同時(shí)分析多種元素的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到礦山、環(huán)境、化工等領(lǐng)域[6]。礦山廢石經(jīng)過前期探索，銅品位在0.1%左右，屬于特貧銅礦石，且經(jīng)過多年的雨水淋溶，廢石泥化嚴(yán)重，因此，本實(shí)驗(yàn)首先采用美國Thermo Fisher Scientific Niton XL型手持式熒光光譜儀對銅礦廢石進(jìn)行初步預(yù)選，拋掉大部分有價(jià)元素含量極低的廢石。

預(yù)選時(shí)熒光光譜儀探頭離礦物表面5 cm左右，此時(shí)調(diào)整的主要參數(shù)為光譜儀的分離閾值，分離閾值與精礦銅品位和回收率的關(guān)系見表2。

表2 熒光光譜儀預(yù)選效果Table 2 Pre-sorting results of fluorescence spectrometer

由表2可看出，隨分離閾值的增加精礦指標(biāo)呈現(xiàn)銅、鋅品位逐漸上升而回收率逐漸下降的趨勢。當(dāng)分離閾值為0.15時(shí)，可獲得銅品位為1.10%，銅回收率82.3%，鋅品位為1.09%，鋅回收率為75.6%的選別指標(biāo)。預(yù)選后礦石的礦物分析見表3，化學(xué)多元素分析見表4，不同粒級礦樣的MLA分析見圖1。

表3 預(yù)選后礦石的礦物組成Table 3 Mineral compositions of ore after pre-sorting

表4 預(yù)選后礦石化學(xué)多元素分析/%Table 4 Multi-elements analysis of ore after pre-sorting

圖1 不同粒級礦樣MLA分析Fig.1 MLA analysis for mineral particles of different size fraction

由表3、4可知，預(yù)選后礦石中的有價(jià)礦物主要為黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦。由圖2可看出，隨粒度減小，三種礦物的解離度逐漸提高，整體而言，黃銅礦的嵌布粒度要大于閃鋅礦和黃鐵礦，因此，在后續(xù)浮選過程中，對銅礦物要采取早收快收的浮選工藝，而對閃鋅礦和黃鐵礦則要通過增加磨礦細(xì)度來提高二者的解離度和浮選回收率。

2.2 浮選實(shí)驗(yàn)

2.2.1 銅礦物粗選實(shí)驗(yàn)

(1) 磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)

在捕收劑丁基黃藥用量為50 g/t，調(diào)整劑石灰用量為2000 g/t，起泡劑2#油用量為20 g/t時(shí)給礦粒度與銅粗選指標(biāo)的關(guān)系見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度與銅粗選精礦指標(biāo)的關(guān)系Fig .2 Relationship between grinding fineness and Cu roughing indexes

由圖2可以看出，隨給礦細(xì)度的增加，銅回收率逐漸上升而品位則逐漸下降。當(dāng)-0.074 mm超過85%時(shí)，指標(biāo)變化放緩且此時(shí)產(chǎn)生了較多的次生礦泥，綜合考慮，確定給礦粒度為-0.074 mm 85%。

(2) 捕收劑種類及用量對浮選指標(biāo)影響研究

因預(yù)選后的銅礦石風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，磨礦過程中容易產(chǎn)生次生礦泥，因此，為高效回收廢石中的有價(jià)元素，本實(shí)驗(yàn)研究了幾種常見硫化礦捕收劑的浮選性能，以期從種類繁多的硫化礦捕收劑中選出適合該類型礦石的捕收劑。在調(diào)整劑石灰用量為2000 g/t，起泡劑2#油用量為20 g/t時(shí)丁基黃藥、Z-200、乙硫氮對礦石的選別效果分別見圖3。

圖3 不同捕收劑的選別指標(biāo)Fig .3 Flotation behaviors for various collectors

將不同捕收劑的較佳選別指標(biāo)列表，由表5可知，三種捕收劑中Z-200的品位和回收率均超過其他兩種藥劑，因此，本研究中選擇Z-200作為黃銅礦的捕收劑，此時(shí)Z-200藥劑用量為80 g/t，石灰用量為2000 g/t，2#油用量為20 g/t。

表5 不同捕收劑體系中的較佳選別指標(biāo)Table 5 Optimum beneficiation indexes for different collectors

(3) 石灰用量對分選指標(biāo)的影響

石灰是硫化礦浮選過程中的常用調(diào)整劑，對黃鐵礦有較好的抑制作用而對黃銅礦的抑制作用較弱，因此可較好的改善硫化銅精礦指標(biāo)[7]，石灰用量與選別指標(biāo)的關(guān)系見圖4。

圖4 石灰用量與選別指標(biāo)的關(guān)系Fig .4 Relationship between lime and flotation indexes plot

由圖4可以看出，隨著石灰用量的增加，精礦品位和回收率同步改善，這可能是石灰的加入優(yōu)化了浮選礦漿環(huán)境，使浮選體系的選擇性提高的緣故造成的。由分選指標(biāo)可以看出，當(dāng)石灰用量超過2000 g/t時(shí)，精礦指標(biāo)變化不大，因此，本研究中較佳石灰用量選擇2000 g/t。

(4) 亞硫酸鈉用量對分選指標(biāo)的影響

亞硫酸鈉是閃鋅礦的常用抑制劑，因預(yù)選后的礦石中含有較高的閃鋅礦[8-9]，因此，為提高銅粗選過程的指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)對亞硫酸鈉用量與浮選指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果見圖5。

圖5 Na2SO3用量與選別指標(biāo)的關(guān)系Fig .5 Relationship between Na2SO3 and flotation indexes plot

圖62 #油用量與選別指標(biāo)的關(guān)系Fig .6 Relationship between 2# oil and flotation indexes plot

圖5 可知，隨亞硫酸鈉用量增加，精礦品位和回收率呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律，綜合分析的當(dāng)Na2SO3用量為800 g/t時(shí)候指標(biāo)較佳，此時(shí)銅精礦品位為9.84%，回收率為94.00%。

(5) 2#油用量對分選指標(biāo)的影響

2#油是硫化礦浮選中的常用起泡劑，其用量與選別指標(biāo)的關(guān)系見圖6。

由圖6可看出，當(dāng)2#油用量超過10 g/t時(shí)，精礦回收率變化不大，但品位則逐漸降低，因此，較佳2#油用量選擇10 g/t，此時(shí)可獲得銅品位為10.45%，回收率為93.5%的精礦產(chǎn)品。

由以上實(shí)驗(yàn)可以看出，銅粗選階段的較佳工藝條件為捕收劑Z-200用量為80 g/t，抑制劑石灰和Na2SO3用量分別為2000 g/t和800 g/t，起泡劑2#油用量為10 g/t，此時(shí)可獲得銅品位為10.45%，回收率為93.5%的粗選產(chǎn)品。

2.2.2 鋅礦物粗選實(shí)驗(yàn)

該部分實(shí)驗(yàn)方法與2.2.1部分一致，在該部分中重點(diǎn)研究了丁黃藥體系和Z-200體系中捕收劑用量、抑制劑石灰用量和活化劑硫酸銅用量對鋅粗選指標(biāo)的影響，不同體系中的較佳指標(biāo)及藥劑用量見表6。

表6 不同捕收劑體系中鋅粗選精礦較佳指標(biāo)對比Table 6 Comparison of different optimum flotation results of Zn ore for various collector systems

由表6可知，Z-200對硫酸銅活化后的閃鋅礦具有更好的選擇性和捕收能力，所獲得的精礦鋅品位和回收率均超過丁黃藥體系，且石灰用量也大大小于丁黃藥體系。由以上分析可得，閃鋅礦粗選工藝制度應(yīng)該選擇Z-200體系，此時(shí)Z-200用量為50 g/t，石灰用量為1.5 kg/t，硫酸銅用量為300 g/t，最終可獲得鋅品位為12.00%，回收率為74.70%的鋅粗精礦產(chǎn)品。

2.2.3 黃鐵礦粗選實(shí)驗(yàn)

在銅礦物和鋅礦物的粗選過程中均加入了石灰對黃鐵礦進(jìn)行了強(qiáng)烈抑制，因此，在黃鐵礦浮選階段最重要的就是選擇合適的活化劑對已經(jīng)被抑制的黃鐵礦進(jìn)行高效活化。因此，本部分實(shí)驗(yàn)在丁黃藥體系中重點(diǎn)研究了硫酸銅和碳酸鈉對黃鐵礦的活化效果，不同活化劑體系中的較佳選別指標(biāo)及藥劑用量見表7。

表7 活化劑種類及用量對硫粗選精礦的影響Table 7 Effect of activator kinds and dosages on sulfur roughing concentrate indexes

由表7可看出，碳酸鈉作為黃鐵礦活化劑時(shí)，黃鐵礦粗精礦硫品位和回收率均要超過硫酸銅作活化劑時(shí)，且碳酸鈉的加入不會額外消耗捕收劑，因此，本實(shí)驗(yàn)選擇碳酸鈉作為黃鐵礦的活化劑，此時(shí)藥劑用量為碳酸鈉1000 g/t，丁黃藥50 g/t，2#油2 g/t，最終可獲得硫品位為41.80%，回收率為51.90%的精礦產(chǎn)品。

2.2.3 開路浮選實(shí)驗(yàn)

在上述黃銅礦、閃鋅礦、黃鐵礦優(yōu)先浮選單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三種有價(jià)礦物的開路實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程見圖7。

圖7 礦樣開路浮選流程Fig.7 Open-circle scheme for mineral floatation

針對預(yù)選后礦石中銅礦物MLA分析結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)針對硫化銅礦物的選別設(shè)計(jì)了早收快收的“異步浮選”工藝，開路實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 預(yù)選后礦石開路指標(biāo)Table 8 Open-circuit indexes for ore after pre-sorting

由表8可看出，經(jīng)過圖7的開路流程選別后可獲得銅品位為22.76%，回收率為78.70%的銅精礦；鋅品位為55.80%，鋅回收率為42.21%的鋅精礦和硫品位為45.38%，回收率為50.11%的硫精礦。尾礦中銅、鋅、硫的損失率分別為3.08%、9.78%和4.86%。

2.2.4 閉路實(shí)驗(yàn)

在圖7開路實(shí)驗(yàn)流程的基礎(chǔ)上對該礦樣進(jìn)行了閉路流程實(shí)驗(yàn)(中礦順序返回)，最終結(jié)果見表9。

表9 閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 9 Closed-circle indexes for ore flotation

由表9可知，閉路實(shí)驗(yàn)最終可獲得銅總精礦含銅22.25%，銅回收率90.58%；鋅精礦含鋅48.40%，鋅回收率70.95%；硫精礦含硫43.50%，硫回收率67.22%的指標(biāo)。

3 結(jié)論

(1) 采用預(yù)選-浮選聯(lián)合工藝可實(shí)現(xiàn)資源枯竭型礦山廢石中有價(jià)元素的高效回收利用，該工藝對延長礦山服務(wù)年限具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(2) 采用熒光預(yù)選工藝可從銅品位為0.1%左右的廢石中獲得銅品位為1.10%、鋅品位為1.09%，回收率分別為82.3%和75.6%的礦石。

(3) 對黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦三種礦物在采用“優(yōu)先浮選-分別回收”的原則流程的基礎(chǔ)上針對銅礦物的特點(diǎn)提出了“異步浮選”工藝。閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該流程可獲得銅總精礦含銅22.25%，銅回收率90.58%；鋅精礦含鋅48.40%，鋅回收率70.95%；硫精礦含硫43.50%，硫回收率67.22%的選別指標(biāo)。